Способ комплексной переработки отходов с использованием рекуперации и аккумулированием энергии

Изобретение относится к областям экологии и энергетики, в частности комплексной переработки сточных вод и органического мусора посредством генерации биогаза, и очистки нефтесодержащих вод с последующим их сжиганием для использования полученной при сгорании теплоты в целях энергоснабжения. Аккумулирование энергии осуществляется электролитическим разложением воды и хранением с последующим сжиганием в котлоагрегате газообразного водорода. Станция в своем составе содержит перерабатывающий комплекс, содержащий устройства предварительной подготовки отходов к обработке с последующей их переработкой, энергетический комплекс, содержащий тепло- и электрогенерирующее устройства, в которых энергия получается за счет сжигания переработанных отходов в котлоагрегатах с последующим получением пара, а также блок аккумулирования энергии. Обеспечивается повышение эффективности комплексной переработки отходов в тепловую энергию. 1 ил.

 

Изобретение относится к областям экологии и энергетики, в частности комплексной переработки сточных вод и органического мусора посредством генерации биогаза и очистки нефтесодержащих вод с последующим сжиганием для использования полученной при сгорании теплоты в целях энергоснабжения, аккумулирование энергии осуществляется электролитическим разложением воды и хранением с последующим сжиганием газообразного водорода.

Способ предназначен для переработки следующих видов отходов: сточные воды (фекальные и бытовые); бытовые отходы; сухой мусор; нефтесодержащие воды.

Способ реализуется на станции, состоящей из двух функциональных комплексов - перерабатывающего и энергетического.

Первый комплекс служит для предварительной подготовки отходов к обработке с последующей их переработкой.

В энергетический комплекс входят тепло- и электрогенерирующие устройства, в которых энергия получается за счет сжигания переработанных отходов в паровых котлоагрегатах.

Принципиальная схема станции комплексной переработки отходов с использованием рекуперации и аккумулирования энергии представлена на фигуре 1.

Известны устройства стационарных комплексов и станций переработки твердых бытовых отходов и сточных вод, описанные в источниках [1], [2], [3], [5], [9] и мобильных судовых [4], [6], [7], [8].

Наиболее близко по технической сущности является изобретение «Способ комплексной переработки эксплуатационных судовых отходов с использованием рекуперации» патент Российской Федерации RU 2381185.

Общими недостатками данных объектов являются следующие:

- перерабатывают преимущественно один вид отходов, узко специализированы;

- не полон цикл переработки и генерации;

- статичность;

- высокое энергопотребление;

- неудовлетворительные массо-габаритные показатели комплексов;

-длительность процесса переработки, обусловленная последовательной переработкой различных видов отходов;

- отсутствие структурных элементов для аккумулирования генерируемой энергии и ее выдачи потребителям.

Задачей изобретения является повышение эффективности комплексной переработки отходов в тепловую энергию посредством генерации и сжигания биогаза, продуктов очистки нефтесодержащих вод и сухого мусора для использования теплоты их сгорания, а также аккумулирования получаемой энергии.

Технический результат изобретения состоится в разработке способа комплексной переработки сточных вод и мусора с целью их последующей рекуперации в тепловую энергию посредством генерации и сжигания биогаза, продуктов очистки нефтесодержащих вод и сухого мусора для использования теплоты их сгорания для нужд энергоснабжения, а также аккумулирования энергии и равномерной ее отдачи потребителям.

Число, назначение и работа функциональных единиц станции обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.

Возможны следующие варианты исполнения данной станции: самоходное или несамоходное судно, стационарная станция блок-контейнерного исполнения, мобильная станция на автотранспортных платформах.

Подобная станция может быть использована для комплексной переработки и очистки загрязняющих сточных вод и мусора, а также генерации тепло- и электроэнергии для отдельных предприятий, организаций, муниципальных образований, военных городков, удаленных баз отдыха, малых населенных пунктов сельских районов, малонаселенных северных территорий, в качестве дублирующих и вспомогательных, а также на время строительства мусороперерабатывающих заводов.

Предлагаемое изобретение позволит обеспечить полную комплексную переработку отходов и их рекуперацию посредством генерации и сжигания биогаза, продуктов очистки нефтесодержащих вод и сухого мусора с последующем использованием полученной при сгорании теплоты в целях равномерного снабжения как тепловой, электрической, так и механической энергиями, а также улучшит экологическую и энергетическую обстановки.

Фигура 1 представляет собой структурную схему станции комплексной переработки отходов. Схема выполнена в виде прямоугольников в качестве графических обозначений элементов, связанных функционально линиями перемещения: поступающих отходов, продуктов переработки, очищенных продуктов и рабочих веществ.

Части схемы сгруппированы в три отдельных и последовательно связанных блока: принимаемые на переработку и собственные отходы станции (поз.1), перерабатывающий комплекс (поз.10) и энергетический комплекс (поз.18).

Принимаемые на переработку и собственные отходы станции включают сточные воды (поз.2), подразделенные на фекальные (поз.3) и бытовые (поз.4); бытовые отходы (поз.5); сухой мусор (поз.6); нефтесодержащие воды (поз.7), имеющие в своем составе судовые подсланевые воды, а также нефтесодержащие воды от мойки оборудования (поз.8) и воды от мойки и зачистки грузовых танков нефтеналивных судов (поз.9).

Перерабатывающий комплекс состоит из цистерны запаса сточных вод (поз.11), а также ряда установок: подготовки сточных вод (поз.12), очистки и обеззараживания сточных вод (поз.13), сортировки отходов (поз.14), анаэробного сбраживания (поз.15), станции очистки нефтесодержащих вод (поз.16) и обезвоживания (поз.17), а также озонаторного агрегата (поз.24) с блоком подготовки воздуха (поз.25).

Энергетический комплекс имеет в своем составе установку газоочистки (поз.19), автономный паровой котлоагрегат (поз.20) (либо группу главных (поз.21) и вспомогательных (поз.22)). Рабочее тело - пар - подается от котлоагрегата к группам устройств и агрегатов и используется для различных нужд:

а) теплоснабжения (поз.28) групп внешних и внутренних потребителей, а также на нужды перерабатывающего комплекса;

б) электрогенерирующих устройств (поз.29), включающих паровые поршневые электрогенераторы, паровые турбогенераторы. Также в группу этих устройств входят автономные дизельные и газогенераторные агрегаты. Электроэнергия поступает на главный распределительный щит (поз.30), откуда подается внешним и внутренним потребителям.

Отработавший пар и конденсат подается через конденсационную установку (поз.23) для питания котлоагрегата.

Блок аккумулирования энергии состоит из электролизера (поз.26), разлагающего воду на кислород и водород, и газгольдера (поз.27).

Результат достигается тем, что поступающие на переработку отходы проходят комплексную обработку в соответствии с принципиальной схемой станции комплексной переработки отходов, представленной на фигуре 1 следующим образом.

Сточные воды (поз.2) из цистерны запаса сточных вод (поз.11) поступают на установку подготовки сточных вод (поз.12), где происходит разделение твердой и жидкой фаз, а также отделение и подготовка органического субстрата необходимой влажности.

Далее субстрат направляется в установку анаэробного сбраживания (поз.15), где происходит генерация горючего биогаза и сопутствующих продуктов: шлама (органического удобрения, которое сдается потребителям либо после обезвоживания на установке поз.17 подвергается сжиганию в котлоагрегате) и жидкой фазы, которая смешивается с водой, отделенной на предыдущей стадии, и направляется в установку очистки и обеззараживания сточных вод с использованием озонирования (поз.13).

Атмосферный воздух поступает через блок подготовки воздуха (поз.25) в озонаторный агрегат (поз.24), где преобразуется в высококонцентрированную озоно-воздушную смесь.

Очищенная вода сливается в водоем или направляется потребителям технической воды, органические отходы установки очистки направляются в цистерну фекальных вод (поз.11).

Бытовые отходы (поз.5) и сухой мусор (поз.6) поступают на установку сортировки отходов (поз.14): органический субстрат, направляемый на анаэробное сбраживание; сухие отходы, которые можно без подготовки сжигать в твердотопливной топке котлоагрегата (поз.20); неперерабатываемый на данной установке сухой мусор, который прессуется, складируется и сдается на дальнейшую переработку.

Нефтесодержащие воды (поз.7) поступают на станцию очистки нефтесодержащих вод (поз.16), где разделяются на обводненный нефтепродукт, далее сжигаемый в котлоагрегате, и очищенную воду, которая впоследствии направляется в цистерну запаса сточных вод (поз.11).

Биогаз, сухие сжигаемые отходы и обводненные нефтепродукты подвергаются высокотемпературному сжиганию в автономном паровом котлоагрегате (поз.20) на номинальном стабильном режиме с низким выбросом загрязняющих веществ.

Дымовые газы перед выходом в атмосферу смешиваются с аммонийным азотом, который выделяется в цистерне запаса сточных вод (поз.11) и станции очистки сточных вод (поз.13), после чего пропускаются через установку газоочистки (поз.19) с улавливанием твердой и связыванием части газообразной фазы.

Вода из устройств очистки дымовых газов с рН 3...5 возвращается в цистерну запаса сточных вод (поз.11), где частично их обеззараживает.

Полученный энергоноситель - водяной пар высоких параметров - непосредственно используется в целях теплоснабжения (поз.28) и для нужд электроэнергетических устройств(поз.29, 30).

Отработавший пар направляется в конденсационную установку (поз.23), что позволяет повысить к.п.д. паросиловой установки, где происходит утилизация его остаточной теплоты и вторичное использование конденсата для питания котлоагрегатов (поз.20, 21 и 22).

В целях обеспечения надежности, автономности и энергонезависимости в состав станции включены автономные дизельные и газогенераторные агрегаты.

Для аккумулирования энергии, образующейся при снижении потребления электроэнергии сторонними потребителями, избыточная ее часть направляется на электролиз воды в электролизер (поз.26), где происходит ее разложение на кислород, направляемый в озонаторный агрегат (поз.24) с целью повышения концентрации озона в генерируемой озоно-воздушной смеси, и водород, накапливаемый в газгольдере и по мере необходимости сжигаемый в котлоагрегате (поз.20).

Таким образом, число, назначение и работа функциональных единиц станции обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.

Возможны следующие варианты исполнения данной станции: самоходное или несамоходное судно, стационарная станция блок-контейнерного исполнения, мобильная станция на автотранспортных платформах.

Подобная станция может быть использована для комплексной переработки и очистки загрязняющих сточных вод и мусора, а также генерации тепло- и электроэнергии для отдельных предприятий, организаций, муниципальных образований, военных городков, удаленных баз отдыха, малых населенных пунктов сельских районов, малонаселенных северных территорий, в качестве дублирующих и вспомогательных, а также на время строительства мусороперерабатывающих заводов.

Предлагаемое изобретение позволит обеспечить полную комплексную переработку отходов и их рекуперацию посредством генерации биогаза и очистки нефтесодержащих вод с последующем использованием полученной при сгорании теплоты в целях снабжения как тепловой, электрической, так и механической энергиями, а также улучшит экологическую и энергетическую обстановки.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации RU 2284967. Биоэнергетическая установка для производства биогаза.

2. Патент Российской Федерации RU 94000379. Очистные сооружения ФБС анаэробно-аэробной обработкой.

3. Патент Российской Федерации RU 2004104324. Способ и устройство для получения метана, электрической и тепловой энергии.

4. Патент Российской Федерации RU 2381185. Способ комплексной переработки эксплуатационных судовых отходов с использованием рекуперации.

5. Бродач М.М., Шилкин. Н.В. Установка очистки сточных вод Living Machine // Сантехника. - 2002. - №6.

6. Конаков Г.А., Васильев В.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота: Учебник для вузов водн. трансп. / Г.А.Конаков, В.В.Васильев. - М.: Транспорт, 1980. - 424 с.: ил.

7. Правила технической эксплуатации речного транспорта. - Л.: Транспорт, 1990. - 102 с.

8. Этин В.Л., Плотникова В.Н., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий водного транспорта: Курс лекций для студентов специальностей 14.01, 14.02, 24.02, 33.02. / В.Л.Этин, В.Н.Плотникова, В.С.Наумов. Н.Новгород: ВГАВТ, 997. - 208 с.: ил.

9. Йоханссон М., Леннартссон М. Устойчивые методы очистки сточных вод для домов на одну семью // Сайт «Зеленый мир», http://www.greenworld.org.ru/rus/publ/wtoi/contents.htm.

Способ комплексной переработки отходов, содержащий подачу сточных вод из цистерны запаса на установку подготовки сточных вод, где происходит разделение твердой и жидкой фаз, а также отделение и подготовка органического субстрата необходимой влажности, подачу субстрата в установку анаэробного сбраживания, где происходит генерация горючего биогаза и сопутствующих продуктов: шлама, направляемого к потребителям в виде органического удобрения либо подвергаемого сжиганию в котлоагрегате, и жидкой фазы, которую смешивают с водой, отделенной на предыдущей стадии, и направляют в установку очистки и обеззараживания сточных вод с использованием озонирования, из которой очищенная вода направляется потребителям или в водоем, атмосферный воздух поступает через блок подготовки воздуха в озонаторный агрегат, где преобразуется в озоно-воздушную смесь, органические отходы после установки очистки направляют в цистерну сточных вод, бытовые отходы и сухой мусор поступают на установку сортировки отходов и разделяют на органический субстрат, направляемый на анаэробное сбраживание, сухие отходы, которые можно без подготовки сжигать в твердотопливной топке котлоагрегата, и неперерабатываемый сухой мусор, который прессуют, складируют и сдают на дальнейшую переработку, нефтесодержащие воды подают на станцию очистки нефтесодержащих вод, где разделяют на обводненный нефтепродукт, далее сжигаемый в котлоагрегате, и очищенную воду, которую направляют в цистерну запаса сточных вод, при этом биогаз, сухие сжигаемые отходы и обводненные нефтепродукты подвергают высокотемпературному сжиганию в автономном паровом котлоагрегате, дымовые газы перед выходом в атмосферу смешивают с аммонийным азотом, выделяющимся в цистерне запаса сточных вод и установке очистки и обеззараживания сточных вод, пропускают через установку газоочистки с улавливанием твердой и связыванием части газообразной фаз, воду из устройств газоочистки возвращают в цистерну фекальных вод, полученный энергоноситель - водяной пар высоких параметров непосредственно используют для теплоснабжения, а также в электроэнергетических устройствах, отработавший пар направляют в конденсационную установку, где происходит утилизация его остаточной теплоты и вторичное использование конденсата для питания котлоагрегатов, при снижении потребления электроэнергии сторонними потребителями избыточная часть ее направляется на электролиз воды, где происходит ее разложение на кислород, направляемый в озонаторный агрегат, и водород, накапливаемый в газгольдере и по мере необходимости сжигаемый в котлоагрегате.